42CrMo材料強度高，韌性和淬透性好，淬火變形小，無明顯的回火脆性,在調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力且低溫沖擊韌性良好，一直被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領域。
在生產(chǎn)一批次 42CrMo 筒體鍛件時，按工藝要求在粗加工工序結(jié)束后對鍛件進行超聲檢測，發(fā)現(xiàn)其中某一鍛件在靠近冒口端位置存在超標缺陷，導致該鍛件無法正常使用。為找出造成超標缺陷的原因并提出相應改進措施,對該筒體鍛件缺陷部位進行了解剖分析。
1 .試樣制取及檢測方法
42CrMo筒體鍛件制造流程為:EBT 電爐冶煉→LF精煉→真空碳脫氧→真空澆注→鋼錠壓鉗口、倒棱→鐓粗→沖孔→拔長→擴孔→精整毛壞→機加工→超聲檢測→熱處理。 在機加工工序結(jié)束后進行超聲檢測,發(fā)現(xiàn)在鍛件上距冒口端 500mm 范圍內(nèi)，徑向深度(160-250)mm的環(huán)帶內(nèi)存在密集型缺陷，最大參考當量∮4.7mm，而標準要求最大缺陷當量不大于∮2 mm。
在鍛件冒口端缺陷部位切取厚20mm的低倍試樣，銑平后進行低倍熱酸蝕試驗和斷口試驗觀察試樣的宏觀形貌。在宏觀缺陷部位切取 20mm ×20 mm ×20 mm 的金相試樣,經(jīng)處理后,在金相顯微鏡下觀察組織形貌。利用 KYKY2800型掃描電鏡對金相試樣缺陷部位進行觀察分析，使用能譜分析儀觀察裂紋痕跡。
2 .試驗分析
2.1 宏觀分析
試樣低倍酸浸宏觀形貌，在試塊上存在多條微小裂紋,且大致呈平行分布。未發(fā)現(xiàn)氣孔、疏松和偏析等其他缺陷。
將低倍試塊中間沿缺陷背面開槽壓斷，斷口形貌為結(jié)晶狀,上面分布著許多黑色的小孔洞類缺陷。從缺陷的分布和特征看來，排除氣孔缺陷的可能。取斷片進行調(diào)質(zhì)處理,處理后在中間開槽壓斷，斷口塑性變形明顯，為纖維狀，但上面仍然分布著顏色較深的點狀和孔洞缺陷,故可排除白點缺陷的可能。
2.2金相分析
在低倍缺陷處取金相試樣進行顯微組織分析。試樣經(jīng)磨制、拋光后在全相顯微鏡下進行觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷為夾雜物缺陷，其尖端部位及周圍存在大量氧化物夾雜。用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，在金相顯微鏡下觀察，試樣的組織為貝氏體，晶粒度為7級，組織正常。試樣的金相顯微組織形貌。
2.3 打描電鏡及能譜分析
在斷口試塊缺陷處取樣進行電鏡分析,缺陷部位組織形貌孔洞缺陷為開裂的裂紋面,其他區(qū)域斷裂形式為解理斷裂。將裂紋處放大看出開裂面上聚集著大量的顆粒狀來雜物。
為明確開裂面上夾雜物的性質(zhì),利用掃描電鏡對所發(fā)現(xiàn)的裂紋和夾雜物進行能譜分析。分別對夾雜物區(qū)域、夾雜物附近、正常斷裂區(qū)和裂紋邊緣進行半定量成分分析。
3 .缺陷成因分析
從試驗分析結(jié)果可知，筒體鍛件冒口部位的超標缺陷為大型氧化鋁和氧化鈦夾雜物以及夾雜物造成的裂紋。
該筒體鍛件冶煉過程中主要采用鋁脫氧，生成的脫氧產(chǎn)物以氧化鋁類為主。另外,為了達到鍛件力學性能的要求,后煉出鋼前加人約0.030%的鈦，在真空澆注倒中間包的過程中鋼水與大氣接觸,造成鋼水中的鈦氧化、產(chǎn)生氧化鈦類夾雜。此外，該護鋼水生產(chǎn)時采用了較大型號的中間包，而精煉包熔煉鋼水噸位較小,倒包過程中熱量損失較大并且鋼水與精煉渣劇烈混沖。渣子未完全上浮即達到開澆溫度的下限，使精煉渣隨鋼水澆注至鋼鏈模中,最終殘留在鋼錠冒口線以下的部位,導致鍛造的筒體出現(xiàn)環(huán)狀密集型超標缺陷。
冒口區(qū)存在的氧化鋁類和氧化鈦類脆性夾雜物與基體的物性及力學性能差別較大,在受力變形過程中脆性夾雜物不能隨金屬相應變形,變形大的鋼基體就會在變形小的夾雜物周圍產(chǎn)生塑性流動,其連接處出現(xiàn)應力集中,產(chǎn)生微裂紋。在鍛件塑性變形過程中,脆性的氧化鋁類和氧化鈦類夾雜物沿主變形方向被打碎，因此在宏觀形貌上出現(xiàn)了近似平行的夾雜物裂紋痕跡。
4 . 改進措施
大型夾雜物和夾雜物裂紋是引起該筒體鍛件缺陷超標的主要原因,而夾雜物是在鋼鐵澆注過程出現(xiàn)的。針對該問題提出改進措施；
(1)在真空澆注時，對于噸位較小的鋼包，盡量采用小型號的中間包，避免倒包過程中溫度損失過多,導致澆注溫度偏低，影響鋼水流動和夾雜物上??；
(2)適當提高鋼水的出鋼溫度，保證鋼水進人中間包后距離澆注溫度上限有10℃的富余量。這樣有利于倒包后鋼中夾雜物順利上浮到表面；
(3)在真空澆注到冒口部位后，適當降低澆注速度，避免精煉渣澆注到鋼簇模中。
